CN104451583B - 磁控溅射真空室进气装置及磁控溅射设备 - Google Patents
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Abstract
一种磁控溅射真空室进气装置及使用该进气装置的磁控溅射设备，该磁控溅射真空室进气装置包括用于接收并混合气体的混气盒、将气体通入真空室内的进气盒以及连接两者的连接管，所述混气盒具有一个或多个进气管。该进气装置可提高气体进入真空室后分布的均匀性，可提高在通入混合气体时气体混合的效果；还可有效地降低在磁控溅射镀膜进气过程中气体对真空室内精密设备的冲击力，从而延长设备的使用寿命。
Description
技术领域
本发明的实施例涉及一种磁控溅射真空室进气装置及磁控溅射设备。
背景技术
TFT-LCD(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display)面板的生产主要包括阵列制程、组立制程和模组制程三个阶段。阵列制程(Array Process)是在洁净的玻璃基板上利用镀膜设备镀上一层金属膜，接着镀上不导电层以及半导体层；再通过曝光、显影、去光阻等步骤在玻璃基板上制作电路图案，最后进行蚀刻形成所需要的电路图案(包括薄膜晶体管)；重复前面所述过程5-7次就完成了阵列制程。
溅射技术中应用最为广泛的一种是磁控溅射(Magnetron Sputtering)技术，磁控溅射技术的原理是：电子e在外加电场E的作用下做加速运动，撞击真空室(真空腔体)中的气氛气体原子，使其电离成正离子和电子。正离子在外加电场E的作用下加速轰击靶材，靶材中的粒子(原子或离子)溅射出来沉积在基板上形成薄膜。考虑到惰性气体的保护性、溅射率以及工业成本，氩气是最理想的溅射气体。
一种磁控溅射镀膜设备通气装置结构如图1所示。该通气装置包括进气口71、气体盒7、通气管72。例如，镀膜设备工作过程中，以Ar气作为溅射气体，则Ar气由进气口71进入气体盒7，再由通气管72分流进入真空室内。虽然已经通过数个通气管72对Ar气进行了分流，但这种进气方式难免会对真空室内的精密设备产生冲击，造成一定的损害。再者，通气管72出口周围存在的气流，会造成真空室内Ar气分布不均匀，直接影响到等离子体的均匀性，最终影响到沉积到基板上薄膜(例如SiO2层或ITO层)的均匀性。此外，在真空室定期的维护与检修过程中，由于真空室内真空环境与大气之间巨大的压强差，空气急速流进真空室的过程对真空室中的设备冲击力更是会直接导致其中的装置产生震动，造成伤害。
进一步地，在磁控溅射镀膜时，有时需要镀膜过程在某种混合气氛下进行，此时便需要向镀膜真空室内通入两种或者两种以上的气体。可通过设置若干个通气管道直接向真空室内通气，这种直接通气的方式对设备内部的精密部件造成的伤害已经如上所述。真空室壁上需要设置若干个进气口，但是真空室壁上开口太多会严重影响到整个真空设备的致密性，影响到真空室所能达到的真空度。当需要对镀膜真空室内通入混合气体时，以2种气体混合(A+B)为例，如图2所示，在第一进气口41中通入气体A，在第二进气口42中通入气体B，由于进气口口径不宜过大，一般5-8mm，这样混合气体进入真空室后的混合效果很难保证。而且，即便像如图1中所示的那样，在真空室内部设置若干个分流管，混合效果也很难理想。此外，由于真空室内空间有限，设备在设计制造时也不允许在内部的通气装置上设置过多的分流装置。由于通气管道口径相对于镀膜真空室内空间来说有限，很难使得镀膜过程中混合气体均匀存在于沉积薄膜的基片附近。而混合气体分布不均匀会直接影响到薄膜电晶体的质量，影响产品的性能(如薄膜晶体管的表面平整度、导电性能等等)。此外，这些装置无法满足更多种气体均匀通入真空室内的镀膜环境中。
发明内容
本发明的实施例提供了一种磁控溅射真空室进气装置及磁控溅射设备，以克服前述技术问题。该进气装置可提高气体进入真空室后分布的均匀性，可提高在通入混合气体时气体混合的效果。采用了该进气装置的磁控溅射设备，可有效地降低在磁控溅射镀膜进气过程中气体对真空室内精密设备的冲击力，从而延长设备的使用寿命。
本发明的实施例提供一种磁控溅射真空室进气装置，该装置包括用于接收并混合气体的混气盒、将气体通入真空室内的进气盒以及连接两者的连接管，所述混气盒具有一个或多个进气管。
在本发明的一实施例中，例如，在所述进气盒内相对于所述连接管的开口处设置缓冲挡板。
在本发明的一实施例中，例如，所述缓冲挡板形状为圆形平板或伞状的弧形面板。
在本发明的一实施例中，例如，所述的进气盒至少包括内盒和外盒，所述内盒嵌套在所述外盒内，所述内盒和外盒之间具有间隔，且所述连接管的开口设置在所述内盒内，所述内盒和外盒上均分布有气流孔。
在本发明的一实施例中，例如，所述内盒和外盒上的气流孔交错排布。
在本发明的一实施例中，例如，所述内盒和外盒上的气流孔均匀分布于其侧面及底面。
在本发明的一实施例中，例如，所述内盒和外盒上的气流孔的孔径是不同的。
在本发明的一实施例中，例如，所述进气盒中，由所述内盒到所述外盒，所述气流孔的孔径依次增大。
在本发明的一实施例中，例如，所述连接管包括连接混气盒的上部连接管和连接进气盒的下部连接管。
在本发明的一实施例中，例如，所述上部连接管直径大于所述下部连接管直径。
在本发明的一实施例中，例如，所述上部连接管与所述下部连接管通过螺纹或焊接连接。
在本发明的一实施例中，例如，可在所述连接管中设置滤网。当所述连接管包括连接混气盒的上部连接管和连接进气盒的下部连接管时，滤网可设置在上部连接管和/或下部连接管中。
在本发明的一实施例中，例如，当所述混气盒的进气管为多个时，部分或全部的进气管在所述混气盒上具有高度差。
在本发明的一实施例中，例如，所述多个进气管分布在所述混气盒的相对侧面上。
本发明的实施例还提供一种磁控溅射设备，其包括真空室及以上任一实施例所述的磁控溅射真空室进气装置，所述混气盒置于所述真空室外，所述进气盒置于所述真空室内。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施例，而非对本发明的限制。
图1为一种磁控溅射镀膜设备通气装置结构示意图；
图2为一种可充入混合气体的磁控溅射镀膜设备真空室结构示意图；
图3为本发明一实施例的磁控溅射真空室进气装置示意图；
图4为本发明另一实施例的磁控溅射真空室进气装置中进气盒示意图；
图5为图4的进气盒沿侧面横剖后的立体示意图；
图6为图4的进气盒沿侧面横剖并纵剖后的立体示意图；
图7本发明一实施例的磁控溅射设备示意图；
附图标记：
1：混气盒； 11：第一进气管；
12：第二进气管； 13：第三进气管；
2：进气盒； 21：内盒；
211：内盒气流孔； 22：外盒；
221：外盒气流孔； 3：连接管；
31：上部连接管； 32：下部连接管；
4：真空室； 41：第一进气口；
42：第二进气口； 5：缓冲挡板；
6：进气盒的进气孔；
7：气体盒； 71：气体盒的进气口；
72：通气管； 8：滤网。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另作定义，本公开所使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。
图3示出了本发明一实施例的磁控溅射真空室进气装置，该装置包括用于接收并混合气体的混气盒1、将气体通入真空室内的进气盒2以及连接两者的连接管3，混气盒1具有一个或多个进气管11-13。值得一提的是，混气盒上设置的进气管的数量可依据需通入气体的种类来定。
气体通过混气盒1上的一个或多个进气管进入混气盒1，预混合后经连接管3再进入进气盒2。因为在进气盒2之前设置了混气盒1，气体在进气盒2之前经过了预混合，可提高气体进入真空室后分布的均匀性，亦可减小气体对磁控溅射真空室内的精密设备产生的冲击，从而延长设备的使用寿命。
采用本实施例上述方案的磁控溅射真空室进气装置，可提高进入磁控溅射真空室内气体(单一气体或混合气体)的分布均匀性，当混气盒1上设置多个进气管11-13时，可经不同进气管11-13通入不同气体，从而可以解决多种气体通入真空室的问题，亦可提高混合气体的混合效果。
如图4所示，在本发明的另一实施例中，可在进气盒2内相对于连接管3的开口处设置缓冲挡板5。连接管3设置于进气盒的进气孔6处。缓冲挡板5相对于该进气孔6设置，可进一步缓冲气体，使气体分布更均匀。
缓冲挡板5形状可为圆形平板。值得一提的是，本发明的实施例中，缓冲挡板形状并不限于圆形平板一种，例如伞状的弧形板或其他多边形板也可达到很好的气流缓冲效果。
如图5所示，在本发明的另一实施例中，进气盒2包括内盒21和外盒22，共两层。内盒21嵌套在外盒22内，内盒21和外盒22之间具有间隔，且连接管3的开口设置在内盒21内。内盒21和外盒22上均分布有气流孔。经过该结构的进气盒后的气体(单一气体或者混合气体)，再进入真空室后，其分布均匀性进一步得到了改善，从而提高了磁控溅射镀膜过程中参与成膜过程的气体分布的均匀性，提高了产品的品质。
例如，内盒21和外盒22上的气流孔可交错排布，彼此无重叠或部分重叠，从而可防止气体直接通过内外盒的气流孔冲进镀膜真空室内。利用该实施例所述方案向真空室内通气的过程中，气体(单一气体或者混合气体)由进气口进入内盒21内，通过内盒21上的气流孔211进入内外层盒之间的“回”字形空间区域，再通过外盒22上的气流孔221流入真空室内参与镀膜过程。相较于此前的直接通过管道将气体通入镀膜真空室内，由于气体已通过进气盒2内外盒上的若干气流孔进入真空室，气流对真空室的冲击力大大降低；而对于混合气体来说，气体的混合效果将得到很好的提升。
如图5、图6所示，在本发明的另一实施例中，内盒21和外盒22上的气流孔均匀分布于其侧面及底面，其中为了清楚起见底面上的气流孔未示出。
在本发明的另一实施例中，内盒21和外盒22上的气流孔的孔径是不同的。例如，在进气盒2中，由内盒21到外盒22，气流孔的孔径依次增大。即外盒气流孔221的孔径大于内盒气流孔211的孔径。因此，可在不影响镀膜过程中等离子体浓度的前提下，尽量减小通入气体对真空室内设备的冲击力。
如图5、图6所示，在本发明的另一实施例中，在进气盒2的内盒21内相对于连接管3的开口处设置缓冲挡板5。气体进入内盒21后，气流经缓冲挡板5缓冲，然后通过内盒21上的气流孔211进入内外层盒之间的“回”字形空间区域，再通过外盒22上的气流孔221流入真空室。
例如，进气盒2除了包括内盒21和外盒22，还可以含有若干中间盒，从而形成多层盒的嵌套模式，中间盒上亦分布有气流孔，例如，有一层中间盒时，形成3层，有内到外依次为：内盒21、中间盒、外盒22，内盒21、中间盒和外盒22上的气流孔可交错排布，彼此无重叠或部分重叠。因2层嵌套模式已经达到较好的气体分布均匀性，考虑到真空室内的空间有限，一般进气盒以2层或3层为宜。
如图7所示，在本发明的另一实施例中，连接管3包括连接混气盒的上部连接管31和连接进气盒的下部连接管32。
例如，上部连接管的直径大于下部连接管的直径。这样使得混合气体在流向下部连接管的过程中在相对大些的空间内再混合充分一些。
在本发明的另一实施例中，可在连接管3中设置滤网8，以过滤气氛中可能存在的固态杂质。例如，当连接管3包括连接混气盒的上部连接管31和连接进气盒的下部连接管32时，滤网8可设置在上部连接管31和/或下部连接管32中。
在本发明的另一实施例中，例如，上部连接管与下部连接管通过螺纹、焊接等方式连接。通过螺纹连接，混气盒可在上下部连接管的连接处被拆卸下来，以实现定期的设备维护(如杂质清理，滤网疏通等)。
在本发明的另一实施例中，当混气盒1上的进气管为多个时，部分或全部的进气管在混气盒1上具有高度差。例如，如图3所示，可在混气盒1上设有3个进气管，第一进气管11、第二进气管12和第三进气管13；根据需要还可以增加若干，在向真空室内通入气体时可根据气体种类自由选择其中的配置。图中的3个进气管高度不一致，即在混气盒上具有高度差，在Y方向第一进气管11最高，第三进气管13处于最低位置，其中，沿纸面竖直向上为Y方向。由于当需要对真空室内通入混合气体时，各种气体的密度并不一致，例如通入混合气体A+B+C，气体密度A＞B＞C。为了使气体的混合效果更好，可使用位置低的第三进气管13通密度最小气体C，位置最高的第一进气管11通密度最大的气体A，第二进气管12用来通气体B。进一步地，为了使得气体在混气盒内混合充分，用来通各组分气体的进气管距离要适合，这个距离与通气的速率有关，混合气体中各气体所占比例通过各进气管的通气速率(流量计)来控制。
例如在镀膜过程中需要通入混合气体氩气(Ar)、氮气(N2)和氢气(H2)，要求体积比为1:2:3，考虑到3种气体的密度关系，则图3中所示的第一进气管11通入Ar气，第二进气管12通入N2，第三进气管13通入H2，再利用三个进气口的流量计控制流量比为1:2:3即可；若镀膜过程中只需通入Ar气，则通过第一进气管11通入即可。
在本发明的另一实施例中，多个进气管分布在混气盒1的相对侧面上。
图7示出了本发明一实施例的磁控溅射设备，包括真空室4及以上任一实施例中任一方案所述的磁控溅射真空室进气装置。混气盒1置于真空室4外，进气盒2置于真空室4内。
如图7所示，混气盒1上设有3个进气管：第一进气管11、第二进气管12和第三进气管13；根据需要可以增加至若干，在向真空室内通入气体时可根据气体种类自由选择其中的配置，关于气体组分的进气管选择前面已经叙述过，这里不再重复。由于采用此进气装置后，通入混合气体时，气体的混合是在真空室外面的空间进行的，在真空室的壁上只需一个开口(连接管3穿过真空室4顶面)，相比较于在真空室壁上直接设若干开口的方式，改善了真空设备的致密性。此外，由于整个进气装置中的混气过程是在真空室外完成的，相比于例如图1或图2所示的进气方式，不会占用更多的真空室内的空间。
通过采用本发明至少一个实施例的磁控溅射真空室进气装置，气体在进入进气盒并经缓冲过后，气体(单一气体或者混合气体)对磁控溅射设备真空室内的冲击得到了降低，破坏性下降，延长了整个设备的使用寿命。
虽然本发明已以实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。
Claims (11)
1.一种磁控溅射真空室进气装置，其中包括用于接收并混合气体的混气盒、将气体通入真空室内的进气盒以及连接两者的连接管，所述混气盒具有多个进气管，所述多个进气管在所述混气盒上具有高度差；
在所述进气盒内相对于所述连接管的开口处设置缓冲挡板；
所述的进气盒至少包括内盒和外盒，所述内盒嵌套在所述外盒内，所述内盒和外盒之间具有间隔，且所述连接管的开口设置在所述内盒内，所述内盒和外盒上均分布有气流孔；
所述内盒和外盒上的气流孔均匀分布于其侧面及底面。
2.根据权利要求1所述的磁控溅射真空室进气装置，其中，所述缓冲挡板形状为圆形平板或伞状的弧形面板。
3.根据权利要求1所述的磁控溅射真空室进气装置，其中，所述内盒和外盒上的气流孔交错排布。
4.根据权利要求1-3任一所述的磁控溅射真空室进气装置，其中，所述内盒和外盒上的气流孔的孔径是不同的。
5.根据权利要求4所述的磁控溅射真空室进气装置，其中，所述进气盒中，由所述内盒到所述外盒，所述气流孔的孔径依次增大。
6.根据权利要求1-3任一所述的磁控溅射真空室进气装置，其中，所述连接管包括连接混气盒的上部连接管和连接进气盒的下部连接管。
7.根据权利要求6所述的磁控溅射真空室进气装置，其中，所述上部连接管直径大于所述下部连接管直径。
8.根据权利要求6所述的磁控溅射真空室进气装置，其中，所述上部连接管与所述下部连接管通过螺纹或焊接连接。
9.根据权利要求1-3、5、7-8任一所述的磁控溅射真空室进气装置，其中，在所述连接管中设置滤网。
10.根据权利要求1-3、5、7-8任一所述的磁控溅射真空室进气装置，其中，所述多个进气管分布在所述混气盒的相对侧面上。
11.一种磁控溅射设备，包括真空室及权利要求1-10任一所述的磁控溅射真空室进气装置，其中，所述混气盒置于所述真空室外，所述进气盒置于所述真空室内。
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